“数学模型”总共48学时,其思想是应用数学的方法和语言近似地刻画一个研究对象,构建一个联系实际问题和数学知识的桥梁,在分析过程中,往往以计算机和算法、理论作为辅助工具,揭示所研究问题的内在规律,对问题作出合理的解释,是数学理论和实际应用的一个有效结合,以提高学生的创新和应用能力作为主要培养目标。
本门课程采用案例式教学模式,主要讲授数学建模思想和科学分析方法。在教学过程中,注重三个融入:数学思想的融入、数学文化的融入和科研思想的融入。从实际的问题出发,介绍建立模型的必要性,在讲述的过程中,注意一般的数学基本理论和思想的应用,在分析的过程中,注意和实际情况的结合性。内容主要包括:差分方程,量纲分析、常微分方程、偏微分方程、摄动理论、生物种群模型、参数优化、优化模型、马尔可夫链、变分法等章节,39个案例。
在本门课程中,既注意工程和科研问题的实际需要,又强调数学理论和方法的应用,突出了科研和教学相辅相成的关系,章节之间的案例选择既相互独立又相互联系,适合在校的大学生和研究生的学习,从而提高学生分析问题、应用数学解决问题的能力。
第一周:差分方程
1.1\t银行中的数学问题—存贷款业务
1.2\t生物中的数学---酵母菌的培养
1.3 汽车租赁问题
1.4 濒危物种的自然演变和人工孵化
1.5 按年龄分段的种群增长模型
1.6 蛛网模型
差分问题模型建立
第二周:量纲分析
2.1 量纲分析在点源强爆炸中的应用
2.2 PI定理
2.3 Blasius边界层方程
2.4 改进的量纲分析在Blasius边界层中的作用
2.5 Blasius边界层问题求解
2.6 抛射问题
量纲分析建模
第三周:摄动方法
3.1 摄动方法在初始值问题中的应用
3.2 摄动方法在边值问题中的应用
3.3 摄动方法在偏微分方程中的应用
利用摄动对代数和微分方程求解
第四周 微分方程
4.1 马尔萨斯人口模型
4.2 Logistic人口模型
4.3 传染病模型-SI模型
4.4 传染病模型-SIS模型
4.5 传染病模型-SIR模型
4.6 扩散方程
4.7 瞬时源问题
4.8 热传导方程
微分方程模型
第五周 生物的种群模型
5.1 微分方程的稳定性理论
5.2 种群竞争模型
5.3 捕食者-食饵模型
稳定性理论分析及建模
第六周 变分法
6.1 弦的平衡方程
6.2 变分法--弦平衡方程
6.3 变分问题的近似解法
6.4 最速下降线
变分问题
第七周 马尔可夫链
7.1 马尔可夫链
7.2 搜索引擎的pagerank
7.3 线性回归模型
7.4 股票和市场组合模型
7.4 房产定价问题
马尔可夫链和回归问题
第八周 优化问题
8.1 设施集合覆盖问题
8.2 企业投资问题
8.3 非线性最优化--梯度下降法
8.4 非线性最优化--牛顿法
规划问题